Mitocondrias: Centrales Energéticas de la Célula

Las mitocondrias son orgánulos de las células eucariotas aeróbicas que se encargan de obtener energía mediante la respiración celular, realizar la mayoría de las oxidaciones celulares y producir la mayor parte del ATP de la célula. Se encuentran en grandes cantidades en el citoplasma de todas las células eucariotas, tanto animales como vegetales, y son abundantes en aquellas que, por su actividad, tienen una elevada demanda de energía. El conjunto de mitocondrias de una célula se llama condrioma.

Estructura de las Mitocondrias

Son orgánulos polimorfos que pueden variar desde formas esferoides hasta alargadas a manera de bastoncillos. Sus dimensiones oscilan entre 1 y 4 μm de largo y 0,3 y 0,8 μm de ancho.

• Membrana mitocondrial externa: Es lisa y limita por completo a la mitocondria. Su estructura es similar a la de las membranas celulares, conteniendo muchas proteínas transmembranosas que actúan como canales de penetración.
• Membrana mitocondrial interna: Presenta muchos repliegues internos, denominados crestas mitocondriales, que incrementan su superficie. Es bastante impermeable y contiene las moléculas encargadas de la respiración mitocondrial, como las permeasas.
• Espacio intermembranoso: Es el espacio existente entre las dos membranas, con un contenido parecido al del citosol.
• Matriz mitocondrial: Es el espacio interior delimitado por la membrana interna.

Funciones de las Mitocondrias

La función más importante es la respiración mitocondrial, que consiste en la combinación de materia orgánica con el oxígeno para obtener energía por medio de la oxidación. Este proceso se divide en dos etapas:

• Ciclo de Krebs: Es la etapa inicial y se realiza en la matriz mitocondrial. En este proceso se libera CO2.
• Cadena respiratoria: Es la etapa final, que se produce en la membrana interna, donde se junta el hidrógeno procedente de la materia orgánica con el oxígeno y se libera energía que queda almacenada en moléculas de ATP, gracias a las ATP-sintasas.

Otras vías metabólicas importantes que ocurren en las mitocondrias incluyen:

• β-oxidación de ácidos grasos: Las enzimas que la realizan se sitúan en la matriz mitocondrial. A esta β-oxidación también se le llama hélice de Lynen, y en cada vuelta de espiral de esta hélice se forman 5 moléculas de ATP.
• Fosforilación oxidativa.
• Duplicación de ADN mitocondrial.
• Concentración de sustancias en la cámara interna: Tales como proteínas, lípidos, colorantes, etc.

Catabolismo: Descomposición de Moléculas Complejas

El catabolismo es la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. En el proceso se libera energía que se almacena en los enlaces fosfato del ATP. Las características principales del catabolismo son:

• Reacciones de degradación.
• Reacciones de oxidación.
• Desprendimiento de energía.
• A partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos.
• Es un conjunto de vías metabólicas convergentes.

Anabolismo: Síntesis de Moléculas Complejas

El anabolismo es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras biomoléculas más sencillas, para lo cual se necesita energía proporcionada en los enlaces fosfato del ATP. Las características principales del anabolismo son:

• Reacciones de síntesis.
• Reacciones de reducción.
• Precisa energía.
• A partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos diferentes.
• Es un conjunto de vías metabólicas divergentes.

Glucólisis: Degradación de la Glucosa

En la glucólisis, la glucosa se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico y la energía liberada se utiliza para sintetizar dos moléculas de ATP. Se realiza mediante una fosforilación a nivel de sustrato, donde una molécula de sustrato que contiene un grupo fosfato se lo cede a un ADP y así se forma un ATP. Transcurre en nueve etapas, divididas en dos fases:

• Primera fase: Por cada glucosa se consumen dos ATP y se forman dos gliceraldehído-3-fosfato.
• Segunda fase: Por cada gliceraldehído-3-fosfato se forman dos ATP y se genera un ácido pirúvico.

Gluconeogénesis: Síntesis de Glucosa

La gluconeogénesis es el proceso de síntesis de glucosa a partir del pirúvico. No es el proceso inverso a la glucólisis, ya que aunque algunos pasos están catalizados por enzimas reversibles y son comunes a ambos procesos, existen 3 pasos que no son reversibles:

• Conversión del ácido pirúvico en ácido fosfoenolpirúvico.
• Transformación de la fructosa-1,6-difosfato en fructosa-6-fosfato.
• Conversión de glucosa-6-fosfato a glucosa.

Ciclo de Krebs: Ruta Metabólica Central

En la célula eucariota, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis entra por transporte activo en la mitocondria, donde un conjunto de enzimas denominado sistema piruvato deshidrogenasa lo transforma en acetil-CoA. Se pierde un grupo carboxilo que sale en forma de CO2 y dos hidrógenos que son aceptados por un NAD+ que pasa a NADH + H+. El grupo acetilo resultante se une a una coenzima A formando un acetil-CoA.

El acetil se incorpora en el ciclo transfiriendo su grupo acetilo a un ácido oxalacético que, al aceptarlo, forma un ácido cítrico. En el ciclo se genera un GTP que equivale a un ATP. En cada vuelta del ciclo se genera una molécula de GTP, tres de NADH y una molécula de FADH2. El balance energético es muy bajo, ya que en una vuelta completa solo se genera un ATP. El resto de la energía se invierte en producir tres NADH y un FADH2 que en la cadena respiratoria liberarán mucha energía en forma de ATP.